1. 研究目的与意义
自从1886年德国诞生世界第一辆汽车之后，经过100多年汽车工业的发展，汽车的数量越发的庞大起来。汽车在给人类带来方便的同时也带来了很大的环境污染问题。人们在关注城市轨道交通车辆舒适性和自动化程度的同时,也逐渐意识到轨道车辆的环境效益和节能问题的重要性。随着大气污染的加剧和石油资源的日益枯竭，以电动汽车为代表的清洁汽车已经成为世界各大汽车公司的重点开发项目。而电动汽车制动过程研究的主要问题是最大限度地回收制动能量。城市轨道交通车辆具有站间距离短、车辆运行密度高等特点,在频繁起动与制动的过程中会产生数量可观的制动能量。当车辆发生再生制动时,产生的制动能量通过牵引机车转换为电能，以便再次使用，节约资源。因此,高效回收制动能量具有重要的环境效益和社会效益,对广阔的城市轨道交通市场也具有潜在的经济价值。
2. 国内外研究现状分析
最大限度地回收能量是电动汽车在中，小制动强度的制动过程中研究的主要问题。李蓬，任勇等人在论文《轻度混合动力汽车制动能量回收控制策略研究》[3]以某轻度混合动力电动汽车为研究对象，分析了制动能量回收系统在制动回收工作过程中的控制策略，并在分析的基础上建立其在制动过程中的制动力分配模型和数学模型，利用6个典型的循环工况（1015循环工况，ftp测试循环工况，udds循环工况，eudc循环工况，hyzem_highway循环行驶工况，hyzem_rural循环行驶工况）来评价现有制动力分配策略的优劣，并与advisor中的制动力分配策略进行了比较。提出在制动力的分配中减小制动器制动力的比例，加大电机制动力的比例是提高能量回收率的必然途径。对于前驱混合动力电动汽车，使前轮充分利用其附着能力承担主要的制动任务，将有利于电机最大限度地回收能量。结果无论是然后经济性，整车能量效率，回收能量占燃油消耗的百分比，还是能量回收率都有明显的提高。他们的制动能量回收策略：在制动能量回收系统中，制动控制器根据驾驶员制动需求计算前驱动轮上电机制动力和摩擦制动力的大小，为了保持汽车的方向稳定性，还需计算分配在前轮和后轮上制动力的大小，决定前、后轮之间制动力的比例以及电机制动力和摩擦制动力之间的比例。在这两个比例的基础上，根据驾驶员的制动需求和电机实际可产生的制动转矩来使制动能量回收最大。制动控制器把前、后轮轮缸压力信号发送给制动器，同时制动控制器也将计算出来的电机制动转矩传递给电机控制器。而电机可产生的制动转矩是当前电机转速的函数。电机产生的实际制动转矩反馈制动转矩已经达到最大值，但仍不能满足制动需求时，则要该车轮提供更大的制动器制动力。电机控制器根据制动控制器的要求，依据电机的转矩特性，决定电机制动转矩的大小。
城市轨道交通具有运输量大、行车速度快、舒适性好等优点,加之城市轨道交通车辆采用电能驱动,直接污染排放小,因此成为大都市优先选择的城市交通工具。随着城市轨道交通网络的快速发展及轨道交通运输相关技术的日趋成熟,城市交通运输系统中的车辆本体制造技术、车辆和车站的自动化控制技术、城市轨道交通车辆调度和运行管理系统的技术水平都得到了大幅度提升。人们在关注城市轨道交通车辆舒适性和自动化程度的同时,也逐渐意识到轨道车辆的环境效益和节能问题的重要性。杨俭，方宇在论文《城市轨道交通车辆制动能量回收技术现状及研究进展》[13]分析城市轨道交通车辆制动能量回收的可行性与潜力的基础上,介绍国内外各种制动能量回收技术,分析不同制动能量回收技术的特点,指出制动能量回收技术存在的问题、拟采取的解决方案和国内外对此问题研究的热点方向,并对该领域的发展趋势进行讨论,对了解国内外该领域的技术现状和发展趋势提供可靠资料,有助于推动城市轨道交通车辆制动能量回收技术的发展。因此,高效回收制动能量具有重要的环境效益和社会效益,对广阔的城市轨道交通市场也具有潜在的经济价值。目前,国内外比较流行的再生制动方案主要有器件储能型和逆变供能型两种。这两种方案各有自己的独特优势,因此在国际上都有应用实例,但也同样都存在一些不足之处,需要进一步改进和完善。器件储能型在使用电阻耗能型装置作为备用系统的同时,主要采用双向dc/dc变换器将车辆的再生制动能量吸收到储能器件中,当供电区间出现用电需求时,再将储存的能量释放出去。储能元件近年来发展很快,其小型化和多元化的趋势为器件储能型制动能量回收技术提供了可靠的技术保障,并为未来该技术的应用指明了发展方向。根据储能元件类型的不同,器件储能型又可分为蓄电池储能、飞轮储能和电容储能3种常见的类型。在逆变供能型方案中,采用大功率晶闸管三相逆变器连接直流母线和交流电网。当轨道车辆实现再生制动时,根据电流逆变后的流向和用途又可分为逆变回馈型和逆变负载型2种类型。由于电阻制动占电制动比例约为40%,因此城市轨道交通车辆的电阻制动能量回收是非常必要的。然而,从当前国内外电阻制动研究状况来看,大部分制动能量回收研究均针对车辆的再生制动过程展开,较少涉及车辆的电阻制动过程。因此,作为对再生制动能量回收技术的有效补充,通过建立城市轨道交通车辆电阻制动能量回收实验系统,进行了基于车载的城市轨道交通车辆电阻制动能量回收方法的研究,这里的电阻制动能量回收技术定义为制动能量在没有通过电阻吸收以前就被制动能量回收装置回收的技术。随着城市轨道交通系统的日趋普及和逐渐完善,城市轨道车辆制动能量的回收利用逐渐成为人们关注的焦点。城市轨道交通车辆在制动过程中会产生数量可观的制动能量,具有回收价值。电力电子器件制造工艺的飞速发展使得制动能量回收系统越来越多样化和集成化,为研发过程提供了可选择性。城市轨道交通车辆制动能量回收技术拥有非常可喜的研究现状和广阔的应用前景。
制动能量回收是现代电动汽车与混台动力车重要技术之一。也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上，当车辆减速制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混台动力车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蔷电池中，并进一步转化为驱动能。杨妙梁在《混合动力车与电动汽车制动能量回收控制(一)混合动力车制动能量回收系统》[14]中举例：当车辆起步或加速时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。一般认为。在车辆非紧急制动的普通制动场台,约1/5的能量可以通过制动回收。制动能量回收按照混合动力的工作方式不同而有所不同.在丰田普锐斯混合动力车上,车辆运动能量能够通过液压制动和能量回收制动的协调控制回收。但在本田jnslghf混台动力车上。由于发动机与驱动电机连接，所以不能够消除发动机制动。因此，在制动时发动机全部气关闭。以消除泵气损失，而只存在发动机本身的纯粹的机械摩擦损失。本田公司认为：在发动机气门不停止工作场合，减速时能够回收的能量约是车辆运动能量的1/3。通过智能门正时与升程控制系统使气门停止工作，发动机本身的机械摩擦(含泵气损失)能够减少约70％。回收能量增加到车辆运动能量的2/3。制动能量回收问题解决方案之一：可以通过在发动机与电机之间设置离合器，在车辆减速时．使发动机停止输出功率而得以解决。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：学习电动汽车的相关理论知识，掌握电动汽车制动能量回收装置的结构、工作原理及其能量回收的估算方法；查阅国内外的相关文献资料，了解电动汽车制动能量回收控制策略方面的最新研究成果；比较分析不同控制策略的特点，课题结合行业的研究方向，综合训练学生从事科研的能力。
研究计划：
1-2周：查阅资料，初步了解设计内容及相关研究现状，完成开题；
4. 研究创新点
制动能量回收系统以组合系统的形式，更好的回收制动能量。
